鲁西汶东凹陷晚更新世以来孢粉记录及环境意义

刘伟，孙天河，杨帆，江振国

(1. 山东省第一地质矿产勘查院, 山东 济南 250010；2.山东省富铁矿勘查技术开发工程实验室, 山东 济南 250010)

随着浅覆盖区、覆盖区地质调查工作的不断展开，对第四系的环境、气候、植被等研究逐渐成为热点。其中，孢粉以其质轻量多，各沉积地层中均可保存的特点，成为古环境恢复的重要手段，应用广泛[1-4]。近几十年以来，国内外研究人员通过孢粉分析方法，对第四纪以来古气候古环境演变的研究取得了大量研究成果。赵辰辰等[5]选取中国陆地第四纪时期(2.5 Ma 以来)的48 篇孢粉记录资料作为研究对象，对孢粉组成结果进行再分析，探讨了孢粉中记录的第四纪气候演化信息，指出1Ma以来整体气候波动频繁。胡云壮等[6]通过华北地区北部LN1钻孔的121个高质量孢粉数据重建了过去3Ma以来的区域植被演化过程。赵秀丽等[7]对南黄海中部NHH01孔岩心样品进行孢粉分析，根据孢粉及碳屑含量变化，划分为9个孢粉组合带，反映出气候冷暖、干湿的多次变化，总趋势为气候变暖和海平面上升。

作为鲁西隆起中新生代构造盆地重要组成部分，前人对汶东凹陷的研究多集中于前第四纪的沉积演化、成矿作用等方面[8-11]，对第四纪以来的植被及气候研究相对较少。本文依据1∶5万大汶口、楼德幅区域地质调查项目，通过对凹陷内第四系钻孔孢粉样品分析，统计孢粉样品的属种及数量，根据聚类分析结果划分孢粉组合，恢复了晚更新世以来汶东凹陷的植被特征，探讨了古气候和古环境的演变规律。

1 研究区地质概况

汶东凹陷位于鲁西徂徕山南部，大地构造位置属于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起(Ⅲ)蒙山-蒙阴断陷(Ⅳ)，是一个典型的断陷盆地[12-13](图1)。凹陷北部以徂徕山断裂为界与新甫山凸起相邻，该断裂呈缓波状近EW向展布，延伸约40 km；凹陷南部古近纪地层上翘，超覆在蒙山凸起之上，整体呈北断南超的箕状构造格局。西以磁窑断裂为界，与大汶口凹陷相连，东以羊流断裂为界，与蒙阴凹陷相接。凹陷中部被SE走向、西倾的蒙山大断裂所切，分为东西两部分。受构造影响，凹陷呈南北短、东西长、西宽东窄的瓢状展布。

图1 汶东凹陷地质构造简图(据张多文[9]修改)

本次工作在系统的1∶5万区域地质调查的基础上，结合全区施工的24个第四系科研钻孔揭露了汶东凹陷内晚更新世—全新世地层，主要为平原组、临沂组、黑土湖组和沂河组，与下伏明化镇组和大汶口组不整合接触。

平原组(Qpp)：该组地表未见出露，根据钻孔资料，该组在汶东凹陷西部柴汶河冲积平原内广泛发育，岩性为一套浅灰色夹浅绿灰色、灰色含砾中粗砂、中细砂及砂质粘土层、砾石层，为晚更新世河湖相、河流相沉积物。其下与前第四纪基岩呈角度不整合接触，上与晚更新世临沂组、黑土湖组呈冲刷不整合接触

黑土湖组(Qhh)：主要分布于山麓丘陵区与山前平原区界线附近的低洼地带，依据钻孔资料揭露，岩性为棕灰—灰褐色粘土、含砂砾粘土夹粉细砂，含铁锰质结核。该组沉积厚度较薄，仅为1～2 m，一般不整合于平原组之上。

临沂组(Qhl)：主要沿河流两侧分布，出露面较大，形成河流的Ⅰ级阶地及高河漫滩或者形成冲积平原，为河流相沉积，具二元结构。临沂组现地表多改造为耕植土，粒度较细。岩性上部以土黄色、灰黄色含砂质粉砂、粉砂质粘土为主，下部为粗砂及砾石层。临沂组为全新世冲洪积相沉积，主要包含泛滥平原相、 古河道相。据实际调查及钻孔资料可知临沂组与下伏平原组不整合接触，或直接不整合于下伏基岩上。

沂河组(Qhy)：分布于现代河床中，岩性为灰黄色含砾粗砂、中砂、细砂、砾石堆积物，凹陷内北部河流下游粒度变细，岩性为灰黄色粉细砂、粉砂，属现代河床相沉积，时代属于全新世晚期，随河流相地貌和物源区而异，多局限于现代河床内。与下伏临沂组或基岩侵蚀冲刷不整合接触。

2 样品采集与分析方法

依据汶东凹陷各组的野外特征及第四系钻孔岩性特征，选取了其中有代表性的7个钻孔进行了系统采样，共采集样品37件。每件样品重量大于100 g，小于200 g。取样分布如下：晚更新世平原组取样1块，集中于QK203内，深度29.50 m。全新世黑土湖组在QK305取样1块，深度为1.65 m。全新世临沂组地层中，挑选沉积物粘土成分高、粒度较细的层位，取样33块，其中QK501取样1块，深度0.40 m；QK502取样15块，深度0.40～9.70 m；QK503取样12块，深度为1.75～7.45 m， QK504取样1块，深度1.35 m；QK401取样4块，深度7.00～7.80 m。

本次样品由南京伊洛岗地质科技有限公司进行鉴定。孢粉样品分析采用重液浮选法[14]，实验处理过程中，依据中华人民共和国石油天然气行业标准分析方法SY/T5245—91，取样50 g，经过泡酸、煮碱、氢氟酸处理脱去矿物质，后用浓盐酸进行氧化，最后过筛集中孢粉装管，加甘油制片，以备镜下鉴定。镜下鉴定依据中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5915—94。

3 鉴定结果与分析

本文中孢粉定名采用自然命名法，孢粉的鉴定参考大量现代化石孢粉的研究文献[15-19]。对37个样品进行镜下观察，并进行拍照和统计记录，发现18个样品中含有丰富的孢粉，共统计孢粉2 718粒，隶属67个种、属，孢粉种类较为丰富，以草本植物花粉(含量42.2%)和木本植物花粉(含量26.8%)为主，不同层位二者的含量此消彼长，蕨类植物孢子(含量15.8%)和藻类植物孢子(含量15.2%)总体含量偏低，且藻类植物孢子集中分布在全新世临沂组沉积物中。主要孢粉类型(图2，图3)为：草本植物花粉有禾本科Gramineae、菊科(大网型)Taraxacum type、菊科(紫菀型)Aster type、蒿属Artemisia、紫菀属Aster、藜科Chenopodiaceae、十字花科Cruciferae、唐松草属Thalictrum、唇形科Labiatae、莎草科Cyperaceae和香蒲属Typha。木本植物花粉有松属Pinus、栎属Quercus、榛属Corylus、鹅耳枥属Carpinus、桤木属Alnus、榆属Ulmus、朴属Celtis、胡桃属Juglans、枫杨属Pterocarya、枫香树属Liquidambar和柽柳科Tamaricaceae。蕨类植物孢子有水龙骨科Polypodiaceae、三缝孢子Triletes、石松属Lycopodium、膜蕨科Hymenophyllaceae、卷柏属Selaginella、中华卷柏S.sinensis、中国蕨科Sinopteridaceae和里白属Hicriopteris。藻类植物孢子仅有环纹藻属Concentricystes和双星藻属Zygnema，均为淡水相藻类。

1-3.里白属Hicriopteris (1. QK105-BF1,0.75 m 2.QK203-BF3,29.5 m 3. QK502-BF2,0.8m); 4.柏科Cupressaceae(QK203-BF3，29.5 m);5.膜蕨科Hymenophyllaceae(QK401-BF1,7.00 m);6-8.中华卷柏Selaginella sinensis (6. QK502-BF2,0.8 m 7、8. QK305-BF1,1.65 m);9.环纹藻属Concentricystes(QK401-BF1,7.0 m);10、11.麻黄属 Ephedra (10. QK203-BF3,29.5 m 11. QK401-BF1,7.00 m);12.双星藻属Zygnema(QK305-BF1,1.65 m);13、14. 水龙骨科Polypodiaceae (QK401-BF1,7.00 m);15.冷杉属Abies(QK203-BF3，29.5 m)16.松属Pinus(QK203-BF3，29.5 m)。

图3 研究区主要孢粉类型图 Ⅱ

4 孢粉组合与古气候恢复

孢粉作为微体化石的一种，其种属、数量及组合特征能较好地反映一个地区的古植被及古环境[12]，根据第四系钻孔样品中所发现的孢粉组合，对晚更新世以来汶东凹陷的植被特征进行了反演，对古气候和古环境的演变规律进行了探讨。

4.1 晚更新世平原组

钻孔QK203位于汶东凹陷西部边缘，QK203-BF1号样品(深度3.60 m)和QK203-BF2号样品(深度23.35 m)孢粉含量极低，仅有少量松属Pinus、禾本科Gramineae，反应当时地面植被覆盖度较低，气候以干为主且寒冷。

QK203-BF3号样品(深度29.50 m)中所见花粉浓度较高，科属丰富。木本植物花粉占绝对优势，含量达91.9%，以落叶阔叶树种为主，如榆科Ulmaceae(47.9%)、桦木科Betulaceae(16.6%)、胡桃科Juglandaceae(5.2%)、金缕梅科Hamamelidaceae(5.0%)等，还见有个别的槭属Acer、椴树属Tilia、山矾属Symplocos及蔷薇科Rosaceae、胡颓子科Elaeagnaceae、鼠李属Rhamnus、麻黄属Ephedra等灌木。针叶树种花粉见有松科Pinaceae和柏科Cupressaceae花粉，其中以松属Pinus花粉为主，含量为10.0%。草本植物花粉含量为6.1%，主要以唇形科Labiatae、菊科Compositae等陆生草本植物为主，水生的草本植物少量出现，如泽泻科Alismataceae和香蒲属Typha，含量不足0.5%。蕨类植物孢子含量很低仅为1.7%。藻类偶见，含量为0.2%。上述孢粉组合中松属Pinus为阳性树种，适应于较暖干的环境，榆属Ulmus对土壤的适应性较广，耐干旱瘠薄的土地，落叶阔叶树种较多显示气候较温暖湿润，综上，该样品沉积时期气候温暖湿润，略偏干，植被类型为落叶阔叶林。

4.2 全新世黑土湖组

钻孔QK305中所见花粉数量较多，草本植物花粉占绝对优势，含量达58.2%，以湿生的唐松草属Thalictrum和偏湿的莎草科Cyperaceae为主；蕨类植物孢子含量为29.0%，以喜湿的中华卷柏Selaginella sinensis为主，里白属Hicriopteris较常出现；木本植物花粉含量最低，含量为12%，以松属Pinus花粉为主，还见有少量的落叶阔叶乔灌木花粉。综上所述，该样品中所见主要花粉唐松草属Thalictrum、莎草科Cyperaceae和中华卷柏Selaginella sinensis均为喜湿类型，说明该沉积时期为草原环境，气候温暖湿润，喜湿的草本植物和蕨类植物较为发育。

4.3 全新世临沂组

钻孔QK501与QK504孢粉组合类型相似，孢粉数量总体偏低，蕨类植物孢子占优势，在两个钻孔内含量分别为57%、48%，主要类型有潮湿环境中生长的中华卷柏Selaginella sinensis和膜蕨科Hymenophyllaceae；草本植物花粉在2个钻孔内含量分别为23%、37%，以菊科蒿属Artemisia为主，也见有少量喜湿类型的花粉，如：禾本科Gramineae、唐松草属Thalictrum、毛茛科Ranunculaceae、莎草科Cyperaceae和水生的香蒲属Typha。木本植物花粉稀少，两个钻孔内含量分别为9%、13%，以落叶阔叶树种为主，如栎属Quercus、榆属Ulmus、朴属Celtis和胡桃属Juglans。藻类植物孢子含量分别为11%、2%，均为淡水相藻类。由此可见，该沉积时期气候较为温暖湿润，多有积水或小湖沼分布，植被较贫乏，可能为荒滩。

钻孔QK502划分为2个孢粉组合带，孢粉带I(0.45～2.35 m)：孢粉总数相对较多，但乔灌木花粉稀少，蕨类植物孢子居多，蕨类植物孢子平均含量为42.1%，以在潮湿环境中生长的中华卷柏Selaginella sinensis和里白属Hicriopteris为主。木本植物花粉含量为22.8%，以松属Pinus为主，落叶阔叶树种见到个别栎属Quercus和北方常见的耐旱植被麻黄属 Ephedra和榆属Ulmus。草本植物花粉含量为21.2%，主要为菊科、藜科Chenopodiaceae和喜湿的毛茛科Ranunculaceae、唇形科Labiatae和莎草科Cyperaceae。藻类在该钻孔中不连续出现，平均含量为13.8%，均为淡水相的双星藻属Zygnema和环纹藻属Concentricystes。该组合带与QK501、QK504孢粉组合类型相似，沉积时期气候较为温暖湿润，荒滩遍布，局部区域有淡水分布。孢粉带II(2.65～9.7 m)：该带为孢粉贫乏带，8块样品总共见有18粒孢粉，不足以做百分含量统计进行分析。以所见孢粉来看，本带气候较带I更为恶劣，植被荒芜，气候寒冷干燥。

钻孔QK503孢子花粉较少，可划分为2个孢粉组合带，孢粉带I(1.75 m)：花粉总数相对较多，以木本植物花粉为主，落叶阔叶树种榆属Ulmus含量居多，说明该带较带II气候稍温干。孢粉带II(2.05～7.45 m)：该带为孢粉贫乏带，11块样品所见孢粉不足50粒，不足以做百分含量统计进行分析。以所见孢粉来看，本带气候寒冷干燥，不适宜植被生长。

钻孔QK401所见花粉中草本植物花粉占优势，平均含量达56.6%，其中以菊科花粉为主，主要类型为蒲公英型Taraxacum type、紫菀型Aster type、蒿属Artemisia和莴苣属Lactuca。木本植物花粉含量为12.1%，其中松属Pinus较多，落叶灌木植物花粉少量出现，如我国北方地区常见旱生、半旱生的麻黄属 Ephedra和柽柳科Tamaricaceae。藻类植物孢子平均含量为22.9%，以淡水生长的环纹藻为主。蕨类植物孢子含量最低，平均含量为8.3%，主要为水龙骨科Polypodiaceae。综上所述，该钻孔沉积时期为草原环境，气候温暖湿润，局部区域有淡水河流或沼泽分布，水域周边环境潮湿，有蕨类生长。

5 结论

1)本次通过对汶东凹陷第四系地层进行研究发现：晚更新世平原组地层，沉积环境植被由落叶阔叶林演变为地面植被覆盖极低的荒漠；气候演变为温暖湿润—寒冷干燥。全新世黑土湖组沉积环境为草原，气候温暖湿润。全新世临沂组孢粉数量整体较少，沉积环境主要为植被贫乏的荒滩，多有积水和小湖沼分布，气候由寒冷干燥演变为温暖湿润。全新世临沂组沉积环境植被以草原为主，局部沼泽分布，气候温暖湿润。

2)调查区内平原组及黑土湖组地层孢粉种类多，含量较高，临沂组地层孢粉含量整体偏低，根据钻孔孢粉组合特征，汶东凹陷晚更新世以来植被演变特征为：落叶阔叶林—地面植被覆盖低的荒漠—草原—河流、湖泊遍布的荒滩，气候变化趋势为：温暖湿润，略偏干—寒冷干燥—温暖湿润。